八角金盤籽油和果油的超聲波-微波協(xié)同提取及其脂肪酸組成比較

蔣新龍 蔣益花

(浙江樹人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院，杭州 310015)

八角金盤(Fatsiajaponica)為五加科八角金盤屬常綠灌木，是廣泛分布于長江流域以南地區(qū)的優(yōu)良觀葉植物。八角金盤籽富含油脂[1]。本團(tuán)隊(duì)已采用超聲波輔助提取法提取籽油，出油率可達(dá)35.55%，并從八角金盤籽油中鑒定出15種脂肪酸，其中不飽和脂肪酸含量為97.10%，尤其以油酸為主[1]。目前，有關(guān)八角金盤果油的研究鮮見報道。為了科學(xué)、充分地利用八角金盤油脂資源，本研究以八角金盤果和種子為原料，對微波-超聲協(xié)同輔助提取八角金盤籽油和果油工藝進(jìn)行優(yōu)化，并通過GC分析籽油和果油脂肪酸組成，明確八角金盤籽油和果油的超聲波-微波協(xié)同提取及其脂肪酸組成差異，為進(jìn)一步開發(fā)利用八角金盤油脂資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

八角金盤果和種子：市售，經(jīng)除雜、干燥、粉碎后制成40～60目原料粉末，備用。

所用試劑均為分析純，所用水為蒸餾水，37種脂肪酸混合標(biāo)準(zhǔn)品(Sigma Aldrich)。

UV-1600型紫外/可見分光光度計，CW-2000微波-超聲協(xié)同萃取儀，AB204型分析天平，Agilent 7890B氣相色譜儀，RV10旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

1.2 油脂超聲-微波協(xié)同提取條件的優(yōu)化

1.2.1 提取方法

根據(jù)本團(tuán)隊(duì)八角金盤籽油超聲波輔助提取結(jié)果，提取溶劑選用石油醚(60～90 ℃)[1]。

精密稱取3.000 0 g原料粉末，置于100 mL 儀器專用萃取瓶中，按液料比加入石油醚，攪拌均勻，將萃取瓶置于儀器萃取爐腔中，安裝好冷凝回流裝置，分別設(shè)置提取時間、微波功率等參數(shù)，檢查完畢后開啟微波及超聲(超聲輸出功率50 W，頻率40 kHz)進(jìn)行萃取。萃取結(jié)束后減壓抽濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器濃縮濾液，濃縮物放恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥(110 ℃加熱30 min)，精密稱量。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。按公式計算出油率。

式中：M為原料質(zhì)量/g；M2為空瓶質(zhì)量/g；M1為空瓶和油脂的質(zhì)量/g。

1.2.2 提取優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

單因子實(shí)驗(yàn)：提取時間、微波功率、液料比是影響出油率的主要因素。按照1.2.1提取方法，固定初始條件其他條件不變，采用控制變量法，考量提取時間、微波功率、液料比等因素對出油率的影響。超聲條件固定(超聲輸出功率50 W，頻率40 kHz)，其他各因素的實(shí)驗(yàn)梯度如下：6個提取時間梯度分別為60、90、120、150、180、210 s；6個微波功率梯度分別為0、50、150、200、250、300 W；6個液料比梯度分別為6、8、10、12、14、16 mL·g-1。每個實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)：在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定提取時間、微波功率、液料比3個主要因素的水平變化范圍，選取提取時間、微波功率、液料比三個因素為自變量，以出油率為評價指標(biāo)，利用正交實(shí)驗(yàn) L9(34)對提取條件進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 油脂理化性質(zhì)分析

過氧化值測定GB 5009.227—2016；碘值測定GB/T 5532—2008；酸價測定GB/T 5009.229—2016；密度測定GB/T 5526—1985；折光率測定GB/T 5527—2010。平行三次，取平均值。

1.4 油脂的GC 成分分析

脂肪酸組成用Agilent 7890B氣相色譜儀，參照 GB/T 5009.168—2016的GC 外標(biāo)法進(jìn)行成分測定。

GC分析條件：色譜柱：CNW CD-2560(100 m×0.25 mm×0.20 μm)；進(jìn)樣量：1 μL；載氣流速：0.5 mL/min；分流比：10∶1；檢測器類型：FID；檢測器溫度：260 ℃；進(jìn)樣口溫度：250 ℃；升溫程序：130 ℃保持5 min，再以4 ℃/min的速率升溫至240 ℃并保持30 min。

1.5 統(tǒng)計方法及分析軟件

利用Origin8軟件作圖；應(yīng)用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，并用Duncan多重比較(SSR法)檢驗(yàn)各處理平均數(shù)之間的差異顯著性(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

2.1.1 單因素實(shí)驗(yàn)

圖1表明，提取時間對籽油提取和果油提取的影響一致，隨著提取時間的增加，出油率先升高后降低，提取時間為150 s時，油脂的出油率最高。本實(shí)驗(yàn)的最佳提取時間為150 s。

圖1表明，微波功率對籽油提取和果油提取的影響也比較一致，隨著微波功率的增加，出油率先升高后降低，當(dāng)微波功率達(dá)到250 W時，出油率達(dá)到最高。物料內(nèi)部溫度隨著微波功率的增大而升高，溫度升高越快，局部壓力增加越快，細(xì)胞破裂越快，內(nèi)容物透過細(xì)胞壁流出并溶解到溶劑中的傳遞速度越快[2]。在微波功率達(dá)到 250 W之后， 高微波功率導(dǎo)致的熱效應(yīng)使油揮發(fā)或分解，導(dǎo)致出油率降低[3]。

圖1 微波-超聲協(xié)同提取油脂單因子實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1表明，液料比對籽油提取和果油提取的影響趨勢表現(xiàn)不完全一致。隨著液料比的增加，油脂的出油率也不斷增大，液料比達(dá)到10 mL·g-1時，出油率最高；液料比達(dá)到10 mL·g-1后，再增加溶劑用量，出油率增幅不大，繼續(xù)增加溶劑用量，出油率趨向穩(wěn)定。提取溶劑用量的增加相當(dāng)于降低了油的濃度，增加了溶劑與原料細(xì)胞中油脂的濃度差，增加了傳質(zhì)推動力，油脂在提取劑中的擴(kuò)散速度也就提高了。當(dāng)溶劑用量增大到一定程度后，油脂提取趨于完全，出油率趨向穩(wěn)定。當(dāng)溶劑過大時，相同時間提供的熱量被提取溶劑吸收的比例增加，空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)等作用的強(qiáng)度反而減弱，使油脂的出油率反而逐漸減少。而且溶劑用量過大，會造成溶劑回收困難和生產(chǎn)成本增加。由圖1可知，液料比10 mL·g-1較為適宜。

2.1.2 正交實(shí)驗(yàn)

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。籽油提?。核浇M合A1B2C2最佳，出油率為34.40%；果油提?。核浇M合A2B3C1最佳，出油率為11.21%。由表1的極差分析，籽油提取和果油提取都是A2B2C2最佳；但極差得到的各因子對出油率的影響次序不同，籽油提取的影響依次為：B>C>A，而果油提取的影響依次為：A>C>B。

表1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

由表2的方差分析可知，籽油提?。何⒉üβ蔅對籽油提取影響顯著，對籽油提取的影響次序依次為：B>C>A；果油提取：提取時間A對果油提取影響顯著，對果油提取的影響次序依次為：A>C>B。

根據(jù)Duncan多重比較分析，在籽油提取中，提取時間A的90 s和150 s兩個水平差異不顯著；在果油提取中，微波功率B的250 W和300 W兩個水平差異不顯著，但液料比C的6 mL·g-1和10 mL·g-1兩個水平差異顯著。綜合分析正交試驗(yàn)結(jié)果并考慮成本因素，確定最佳提取工藝條件為：籽油提取為A1B2C2，果油提取為A2B2C2。根據(jù)最佳提取工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，當(dāng)提取時間90 s、微波功率250 W、液料比10 mL·g-1時，籽油出油率為34.43%；當(dāng)提取時間150 s、微波功率250 W、液料比10 mL·g-1時，果油出油率為11.32%。

表2 方差分析表

2.2 油脂理化性質(zhì)

按2.1.2最佳提取條件制備八角金盤籽油和果油，并測定其理化性質(zhì)，結(jié)果見表3。表3可知，兩種油脂質(zhì)量指標(biāo)均符合GB/T 2716—2018《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》國家標(biāo)準(zhǔn)。兩種油脂的密度、顏色、折光率、酸值、過氧化值差異不明顯，碘值存在差異。

過氧化值是衡量油脂被氧化的程度。過氧化值數(shù)值越高，油品越差。長期食用過氧化值超標(biāo)的油脂，對心血管病、癌癥腫瘤等慢性病有促進(jìn)作用[4]。超聲-微波協(xié)同法提取時，微波作為射線而且微波處理產(chǎn)生高溫都能加速自由基的生成，從而加速油脂中氧化基質(zhì)的氧化[5]。兩種油脂過氧化值稍高，但低于10 mmol/kg，符合食用植物油國家標(biāo)準(zhǔn)。酸值是衡量油脂新鮮程度的指標(biāo)，酸值越大，說明油脂中游離脂肪酸含量越大，油脂越不新鮮[6]。兩種油脂的酸值(KOH)都低于3.00 mg/g，也符合食用植物油國家標(biāo)準(zhǔn)。碘值是判斷油脂脂肪酸不飽和程度的指標(biāo)，兩種油脂碘值差異明顯，籽油的碘值為95.18 gI/100 g，果油的碘值為110.31 gI/100 g，說明果油比籽油的不飽和度高。

表3 八角金盤籽油和果油理化性質(zhì)比較

2.3 油脂脂肪酸組成及含量分析

根據(jù)1.4方法，對油脂進(jìn)行GC分析，八角金盤籽油和果油的脂肪酸組成分析結(jié)果見表4。由表4可知，從八角金盤籽油中共鑒定出20種脂肪酸，從八角金盤果油中共鑒定出19種脂肪酸，籽油和果油的脂肪酸組成都非常豐富。籽油的主要脂肪酸為油酸(87.42%)、亞油酸(7.04%)、十五碳一烯酸(3.08%)，其中不飽和脂肪酸相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.64%，與本團(tuán)隊(duì)超聲提取八角金盤籽油脂肪酸分析結(jié)果較一致[1]。果油的主要脂肪酸為亞油酸(61.61%)、油酸(25.96%)、棕櫚酸(5.08%)、硬脂酸(3.25%)、亞麻酸(1.71%)、花生酸(0.96%)，不飽和脂肪酸含量為89.52%。

表4 八角金盤籽油和果油脂肪酸組成比較

果油比籽油含較多的棕櫚酸，與其他學(xué)者研究結(jié)果一致[7-9]。八角金盤籽油和果油的不飽和脂肪酸組成差異較大，籽油中油酸高達(dá)87.42%，亞油酸只含7.04%；果油中油酸只含25.96%，但亞油酸高達(dá)61.61%，還含有1.71%的亞麻酸。油酸具有藥療、營養(yǎng)保健功效[10]，抗氧化穩(wěn)定性好，營養(yǎng)界把油酸稱為“安全脂肪酸”，是評定食用油品質(zhì)的重要標(biāo)志[11]；亞油酸的主要功效也主要體現(xiàn)在預(yù)防心血管疾病上[12]；亞麻酸具有預(yù)防老年癡呆、抗炎、降糖、降壓等作用[13]。八角金盤籽油油酸高，可開發(fā)應(yīng)用于冠狀動脈粥樣硬化、高血脂、心血管病人的長期食療保健油品。果油的亞油酸和亞麻酸含量比籽油高，果油比籽油更具有食療保健作用。盡管籽油的不飽和脂肪酸含量比果油高，但果油脂肪酸的不飽和度比籽油高，所以果油具有較高的碘值。

3 結(jié)論

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用正交設(shè)計，確定了最佳提取工藝：石油醚為提取劑，微波功率250 W、液料比10 mL·g-1、提取時間90 s，籽油出油率為34.43%；提取時間150 s、液料比10 mL·g-1、微波功率250 W時，果油出油率為11.32%。出油率籽油明顯比果油高。

兩種油脂的理化指標(biāo)均達(dá)到GB/T 2716—2018《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 植物油》。除碘值外，其他理化指標(biāo)差異不明顯。GC分析得到：籽油的主要脂肪酸為油酸、亞油酸、十五碳一烯酸，其中不飽和脂肪酸相對含量為98.64%；果油的主要脂肪酸為亞油酸、油酸、棕櫚酸、硬脂酸、亞麻酸、花生酸，不飽和脂肪酸含量為89.52%。籽油出油率雖然明顯比果油高，但果油的亞油酸比例則明顯高于籽油，脂肪酸不飽和度高于籽油。因此，果油比籽油更具有食療保健作用。本實(shí)驗(yàn)對八角金盤籽油和果油的開發(fā)利用具有指導(dǎo)意義。